[发明专利]一种基于展宽方式的嵌套阵列流形优化方法

说明书

本发明公开了一种基于展宽方式的嵌套阵列流形优化方法，通过分解经典的二级嵌套线阵中的紧凑子阵阵元，并将分解的阵元重置于二级嵌套线阵的另一子阵两端，从而获取阵列更高的空间自由度、更大的阵列孔径以及更低的阵元互耦。本发明提出的展宽型嵌套线阵具有比二级嵌套线阵更优的辐射源定位性能。

技术领域

本发明属于阵列信号处理领域，具体涉及一种基于展宽方式的嵌套阵列流形 优化方法。

背景技术

现代信号处理领域中，阵列信号处理是一个重要分支，其广泛应用于雷达、 无线通信、语音、声呐、射电天文、地震学及医学成像等相关领域。阵列信号处 理中，接收信号的传感器按特定规则排布于空间中，阵列天线的布局对于分辨率 的提升、干扰的抑制、信号的增益以及波束的灵活控制都有一定的增强作用。因 此，在理论研究以及实际应用中，阵列信号处理都得到了大量的关注并蓬勃发展， 形成了以空间谱估计、波达方向(Directionof Arrival,DOA)估计和波束形成 (Beamforming,BF)为代表的一系列技术。

近年来，嵌套阵列被提出并在DOA估计中广泛研究。相比于传统的均匀阵 列，嵌套阵列具有更加灵活的布阵方式、更低的阵元互耦、更大的阵列孔径以及 更高的空间自由度(Degree of Freedom,DOF)。采用嵌套阵列能实现对信源的高性 能和高分辨率定位。经典的嵌套线阵由二级子阵嵌套而成，它包含一个阵元间距 为信号半波长的紧凑子阵和一个阵元间距远大于半波长的稀疏子阵，这种阵列称 之为二级嵌套线阵。经典的二级嵌套线阵设计中尚存在些许不足，例如紧凑子阵 的存在使得阵元间互耦相对较大，阵列虚拟化后自由度冗余多以及孔径较小等， 这些因素导致了辐射源的DOA估计性能不够理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于展宽方式的嵌套阵列流形优化方法，通过分 解经典的二级嵌套线阵中的紧凑子阵阵元，并将分解的阵元重置于二级嵌套线阵 的另一子阵两端，从而获取阵列更高的空间自由度、更大的阵列孔径以及更低的 阵元互耦。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于展宽方式的嵌套阵列流形优化 方法，通过分解经典的二级嵌套线阵中的紧凑子阵阵元，并将分解的阵元重置于 二级嵌套线阵的另一子阵两端，从而获取阵列更高的空间自由度、更大的阵列孔 径以及更低的阵元互耦，具体如下：

展宽型嵌套线阵是分解二级嵌套线阵中的紧凑子阵，再将分解的阵元分别以 间距d和间距2d重置于另一个子阵两端：

展宽型嵌套线阵看作由三个均匀的子阵构成，其中两个子阵阵元间距均为 2d，阵元数分别为和另一个子阵阵元间距为(N₁+1)d，阵 元数为N₂；因此，展宽型嵌套线阵的总阵元数为N＝N₁+N₂。

展宽型嵌套线阵的阵元位置表示为

其中，第一子阵阵元位置集合

第二子阵阵元位置集合

第三子阵阵元位置集合

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)对比常规方法下阵列流形设计，即二级嵌套线阵设计方法，展宽型嵌 套线阵阵元间互耦影响更小。

(2)在具有相同阵列天线数情况下，相比于二级嵌套线阵，展宽型嵌套线 阵具有更大阵列孔径和更高的空间自由度。

(3)本发明提出的展宽型嵌套线阵具有比二级嵌套线阵更优的辐射源定位 性能。

附图说明

图1是二级嵌套线阵拓扑图。

图2是展宽型嵌套线阵拓扑图。